照明控制器设计

1、辽 宁 工 业 大 学 单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 照明控制器设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间：201-2011.07.03课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器 学 号学生姓名专业班级测控082课程设计题目照明控制器设计课程设计（论文）任务设计任务设计公共场所照明设备控制器，具有以下功能：l 检测室内光照度，检测结果由显示器显示l 可按键输入设定的室内光照度范围（光照度下限上限）l 可根据光照情况自动开关照明设备，当光照小于设定的光照下限时，打开照明设备，当光照大于设定的光照下限时，关闭

2、照明设备技术参数1. 光照范围 010000 LX；精 度 ±4%；2. 照明设备数量8设计要求1. 设计内容：光照检测电路、A/D转换电路、单片机最小系统、键盘显示电路、照明设备控制电路等硬件电路及相应的软件设计；2. 硬件电路图应采用绘图软件绘制，所用器件型号、参数标注完整；3. 对各功能电路的设计说明应指出所选器件型号、本设计中引脚的连接方法、芯片（端口）地址、外围器件参数，并说明工作过程；4. 软件设计上应按照系统软、硬件功能的划分说明系统软件的功能、主程序流程图及工作过程说明、主要程序模块流程图等，要求程序结构完整，应有变量及端口地址定义，应编译通过全部或部分程序模块。进度

3、计划1. 查阅资料，确定设计方案、绘制系统总体结构图、划分软硬件功能（2天）2. 设计光照检测电路、A/D转换电路（1天）3. 设计单片机最小系统、键盘显示电路（1天）4. 设计照明设备控制电路，完成系统硬件整体电路图绘制（2天）5. 编写、调试系统程序（3天）6. 修改设计说明书、准备答辩（1天）指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要本文介绍了基于AT89S52的照明控制系统及其原理。设计包括光敏电阻采集电路，LED显示电路，键位控制和继电器控制等电路。通过这些电路完成光照范围

4、010000 LX，精 度 ±4%下的照明控制。单片机通过继电器控制照明设备的打开或者关闭。单片机通过光照检测电路对照明设备周边亮度进行检测，如果亮度满足生活需要则保持照明设备的关闭状态；如果亮度不够则单片机立刻控制照明设备打开。照明设备打开时，如果某一时刻光度满足则再次打开，以此工作。关键词：光照检测;单片机;照明控制;精度目 录第1章 绪论11.1 系统设计意义11.2 国内研究（设计）现状11.3 课设要求1第2章 课程设计的方案32.1 单片机的选择32.2 系统组成总体结构32.3显示电路42.4照明设备驱动电路42.5 系统总体方案4第3章 硬件设计53.1单片机最小系统

5、设计53.2光照检测电路63.3 LED显示电路63.4 键盘接口电路73.5 照明控制电路73.6 A/D转换电路8第4章 系统软件设计94.1系统软件设计思想94.2模块程序及其流程图9第5章 课程设计总结10参考文献11附录I12第1章 绪论1.1 系统设计意义 近年来随着经济的发展和科技的进步，人们对照明的要求也越来越高，传统的手动照明控制系统技术受到了时代的强烈冲击，“智能照明”技术随之出现，并迅速地向前发展。一般来说，手动控制系统指的是个人通过按钮的切换、旋转、揿动或遥控器和其他途径执行操作的单一开关或一组开关和调光装置构成的系统，小规模情况下，的确具有成本低廉的优点，但随着照明系

6、统规模的扩大，手动控制将失去其成本上的效益。此外，不需要照明时，是否关灯完全决定于人为因素，难免浪费电力增大能耗，照明范围越大，问题尤其严重。相对智能照明控制系统而言，传统控制方式简单、有效、直观。但它过多依赖控制者的个人能力，控制相对分散和无法有效管理，其实时性和自动化程度太低。正因为此，照明的智能自动化研究有着极其有重要的意义。1.2 国内研究（设计）现状目前，纵观国内外研究开发的智能照明控制系统，按其通信介质主要有总线型、电力线载波型、无线网络型等。按照网络的拓扑结构可以分为集中式或分布式。集中式智能照明控制系统主要为星形拓扑，即以中央控制节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互连结

7、构。各照明控制器、控制面板等设备均连接到中央控制器（CPU）上，由中央控制器向照明控制器等末端执行单元传送数据包；分布式智能照明控制系统以中央监控为中心，组建控制主干网和多个控制子网，各照明控制器，控制面板等设备均具有中央处理器CPU单元，每个控制器和面板都可以直接连接在子网上。1.3 课设要求 设计公共场所照明设备控制器，具有以下功能：l 检测室内光照度，检测结果由显示器显示 l 可按键输入设定的室内光照度范围（光照度下限上限）l 可根据光照情况自动开关照明设备，当光照小于设定的光照下限时，打开照明设备，当光照大于设定的光照下限时，关闭照明设备技术要求：l 光照范围 010000 LX；精

8、度 ±4%；l 照明设备数量8第2章 课程设计的方案 2.1 单片机的选择方案一、AT89S52单片机AT89S52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。方案二、AVR 单片机1997年,由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术

9、, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机。由于采用了高性能的MCU,省掉了大量的外围器件,如外扩RAM、ROM存储器等,使硬件结构大大简化,提高了系统的可靠性。方案三、PIC单片机 PIC 8位单片机产品共有三个系列，即基本级系列、中级系列和高级系列。上述的三层次(级)的PIC 8位单片机还具有很高的代码兼容性，用户很容易将代码从某型号转换到另一个型号中。其主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机。该系列单片机特点如

10、下：方案分析：除了以上几种单片机，市场上还有好的其它结构单片机。如果实现本系统，基本上上述三种类型的单片机都可以实现。本设计采用AT89S52来实现。2.2 系统组成总体结构 方案一、采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应的数字电平，然后直接接入单片机IO引脚。 方案二、采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值（模拟值），然后通过运放后给单片机输入一个标准的数字信号。由于光敏电阻属于纯阻性器件，引入后不会存在对其它器件造成干扰，而且电路也不复杂，所以采用此方案。2.3显示电路为了实时显示系统运行状况及各个参数，本系统配备显示外设。通常单片机可以配备LCD或LED做为显示外设，各

11、个外设大多又分为穿行驱动和并行驱动两种驱动方式。为了节约成本，本系统采用4位LED做为显示外设。2.4照明设备驱动电路 方案一、采用可控硅控制。可控硅又称晶闸管，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件。其具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。方案二、采用继电器控制。继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。其具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。根据结构不同，可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等

12、型号。由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。2.5系统总体方案A/D转换光敏电阻 单片机LED显示继电器控制 键盘控制 图2.1 总体方案图第3章 硬件设计3.1单片机最小系统设计 AT89S52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。其应用特点：(1) 有可供用户使用的大量I/O口线。 (2)内部存储器容量有限。 (3)应用系统开发具有特殊性。 时钟电路 AT89S52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。AT89S52单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯

13、片内部的振荡电路，在X1、X2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值。所以本设计中，振荡晶体选择12MHZ,电容选择30pF。图3.1时钟电路复位电路AT89S52的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所

14、需要的信号。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C1取22uF,R1取1K。图3.2复位电路3.2光照检测电路光敏电阻是利用半导体光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。本设计采用GL3516型号光敏电阻。其亮电阻为5-10K,暗电阻为0.6M。图3.3 光敏电阻电路3.3 LED显示电路本设计采用LED动态显示方式显示倒计时等数据。所谓动态显示方式就

15、是要显示的数字在LED数码管上一个一个逐个显示，通过位选端控制在哪个LED上显示这个数字。由于“视觉暂留”原理，人眼看起来它们是同时显示出来的。动态显示方式所用的接口少，节省了单片机的管脚。由于端口的问题以及动态显示方式的优越性，在此设计的连接方式上采用共阴级接法。，首先说段选端，它由LED八个端口构成，通过对这八个端口输入的不同的二进制数据使得它的显示不同，因为本设计要求精度为±4%，所以本设计有两位小数从左到右是由高到低位排列的。图3.4 显示电路3.4 键盘接口电路按键电路分为独立式和矩阵式。相比较而言，独立式按键需要的I/O口要比矩阵式的需要的I/O要多，独立式按键一个按键需

16、一个I/O口，这样在需要的按键比较多的时候单片机的I/O口会不够用。而矩阵式按键则很好的解决了这一问题，矩阵式结构可以使其通过查询键位置来判断键值。 由于本设计中涉及到频率的调节，所以必须用到按键电路，而本设计中涉及的调节不是很多，所以本设计中共设有四个按键。 图3.5 按键电路3.5 照明控制电路继电器是具有隔离功能的自动开关，在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件，它实际上是一种可以用低电压、小电流来控制大电流、高电压的自动开关。图3.6 控制电路3.6 A/D转换电路A/D转化电路。 亦称“模拟数字转换器”，简称“模数转换器”。将模拟量或连续变化的量进行量化（离散化），转换为相应的数

17、字量的电路。 A/D变换包含三个部分：抽样、量化和编码。一般情况下，量化和编码是同时完成的。 抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程； 量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程； 编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。本设计采用8位A/D转换器。 图3.7 A/D转换电路第4章 系统软件设计4.1系统软件设计思想在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。4.2模块程序及其流程图开始 初始化 光照检测光照<设定值？ 熄灭延时 点亮 显示 N Y 图4.1 主程序流程图 第5章 课程设计总结 通过本次毕业设计，我接触到了一些以前没有接触过的知识，而且巩固了一些旧知识，如电子电路基础知识、单片机基础知识等，同时进一步提高了我的逻辑思维能力和新知识接受能力等。这次设计基本达到预期的目的，但是在其中也遇到许多问题，经过查询资料及老师的指导一一解决。通过这次实践